陸 梁 上海電力建設(shè)啟動調(diào)整試驗所

?

1 000 MW超超臨界直流機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及調(diào)試

陸 梁 上海電力建設(shè)啟動調(diào)整試驗所

摘要：介紹了國內(nèi)超（超）臨界直流機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)及解決方案，通過合理設(shè)計的自啟?？刂葡到y(tǒng)程序，實現(xiàn)機(jī)組自動啟動與停止的功能。超（超）臨界機(jī)組自啟停控制系統(tǒng)的調(diào)試是一項系統(tǒng)工程，需要各參建方的密切配合，為此提出了調(diào)試中應(yīng)關(guān)注的重點，確保自啟?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試的順利實施與機(jī)組自動啟動與停止的功能的實現(xiàn)，為今后基建階段超（超）臨界機(jī)組的APS功能試驗提供設(shè)計與調(diào)試經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；自啟?？刂葡到y(tǒng)；調(diào)試方法

隨著我國越來越多的高參數(shù)、大容量百萬千瓦超超臨界機(jī)組的投運，能耗降低，百萬千瓦超超臨界機(jī)組已逐步成為國內(nèi)電力系統(tǒng)的主導(dǎo)機(jī)組。新建機(jī)組為保證機(jī)組主、輔機(jī)設(shè)備的啟停過程中嚴(yán)格遵守運行規(guī)程，減少運行人員的誤操作，需要增強(qiáng)主、輔機(jī)設(shè)備啟停及運行的全程自動化水平，APS啟停也越來越成為追求的目標(biāo)，也是工程創(chuàng)造亮點的方向之一，因此，單元機(jī)組自動啟、?？刂疲ˋPS）技術(shù)作為提高自動化水平的重要方案，也成為了火電廠自動化控制技術(shù)發(fā)展的一個趨勢。這些新技術(shù)的運用將保障機(jī)組投產(chǎn)之后安全、可靠、長周期的運行，同時在百萬千瓦超超臨界機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計和調(diào)試中積累的經(jīng)驗，豐富了熱工自動控制的內(nèi)容，對其他類型機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試具有重要的參考價值。

1　機(jī)組自啟?？刂?（APS）的內(nèi)涵

單元機(jī)組自啟?？刂?（APS）是根據(jù)單元機(jī)組啟停過程中不同階段的需要對鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、輔機(jī)等系統(tǒng)和設(shè)備工況進(jìn)行檢測和邏輯判斷，并按預(yù)定好的程序（帶有若干斷點）向順序控制系統(tǒng)各功能組、子功能組、驅(qū)動級以及模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）等各控制子系統(tǒng)發(fā)出啟動或停止命令，從而實現(xiàn)單元機(jī)組的自動啟動或停止。同時，相關(guān)的保護(hù)聯(lián)鎖邏輯能使主輔機(jī)在各種運行工況和狀態(tài)下，自動完成各種事故處理。

2　機(jī)組自啟停控制 （APS）的關(guān)鍵技術(shù)

2.1APS啟停過程

APS的機(jī)組啟動過程一般分為6個階段：輔助系統(tǒng)啟動階段（機(jī)組冷態(tài)啟動前準(zhǔn)備）、冷態(tài)沖洗及鍋爐上水階段（鍋爐點火前準(zhǔn)備）、鍋爐點火階段、鍋爐升溫升壓階段、汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、機(jī)組并網(wǎng)及帶初負(fù)荷機(jī)組階段 、升負(fù)荷階段。

APS停止程序的階段一般分為3個階段：降負(fù)荷階段、機(jī)組解列階段、機(jī)組停運階段

2.2APS的關(guān)鍵技術(shù)與解決方案

2.2.1各控制系統(tǒng)間的接口信號

為實現(xiàn)機(jī)組自動程序啟停的要求，要對整個熱力、電氣系統(tǒng)的設(shè)備配置、鍋爐、汽輪機(jī)等主要設(shè)備的特性等進(jìn)行研究，同時對模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、燃燒控制系統(tǒng)（FSSS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、汽機(jī)控制系統(tǒng)（DEH）、汽泵控制系統(tǒng)（MEH）、高低旁路控制系統(tǒng)（BPS）、電氣控制系統(tǒng)（ECS）等控制系統(tǒng)的相關(guān)控制方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，解決各子系統(tǒng)程序控制及控制系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)信號等接口問題，并在機(jī)組啟動過程中進(jìn)行調(diào)整。

2.2.2磨煤機(jī)全程啟?？刂?/p>

磨煤機(jī)程序控制的研究主要解決啟動時的暖磨、停運時的吹掃等問題，確保磨煤機(jī)自動全程啟停。

常規(guī)的模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計為：熱風(fēng)門控制一次風(fēng)流量，冷風(fēng)門控制磨煤機(jī)出口溫度。為實現(xiàn)磨煤機(jī)自動暖磨啟動的問題，需要采用磨煤機(jī)啟動過程中冷風(fēng)門控制一次風(fēng)量，熱風(fēng)門控制磨出口溫度模式；當(dāng)給煤機(jī)啟動后，再切換到冷風(fēng)門控制磨出口溫度，熱風(fēng)門控制一次風(fēng)量的正?？刂颇Ｊ?/p>

2.2.3風(fēng)煙系統(tǒng)的全程控制

風(fēng)煙程控自動主要解決并風(fēng)機(jī)時的控制、全程自動調(diào)節(jié)的設(shè)定值等。

可采用先將送引風(fēng)機(jī)全部啟動，再開始拉升引風(fēng)靜葉到爐膛壓力達(dá)一范圍后投自動，然后再拉升送風(fēng)動葉到總風(fēng)量達(dá)30%～35%后投自動，隨后總風(fēng)量設(shè)定值跟隨鍋爐主控，這樣避免了自動并風(fēng)機(jī)難點，解決了并風(fēng)機(jī)時的控制，實現(xiàn)送引風(fēng)機(jī)全程自動調(diào)節(jié)。同理，在制粉系統(tǒng)準(zhǔn)備組級程控中的一次風(fēng)機(jī)啟動也可采用同樣的辦法。

2.2.4給水系統(tǒng)的全程控制

給水控制系統(tǒng)實現(xiàn)全程自動控制主要解決汽動給水泵程控啟動、鍋爐上水、自動并泵、給水旁路閥控制與汽泵轉(zhuǎn)速控制的配合和切換，以及干濕態(tài)切換等問題。

（1）汽動給水泵程控啟動可采用模擬人工啟動時在汽泵控制系統(tǒng)（MEH）上的操作，通過程控步序發(fā)指令給MEH執(zhí)行，當(dāng)MEH與分散控制系統(tǒng)（DCS）采用一體化設(shè)計時，事情比較簡單，否則DCS與MEH的采用的通信設(shè)備必須具有讀寫雙向功能，便于DCS進(jìn)行程控編程，同時DCS 與MEH的通信設(shè)備應(yīng)盡早調(diào)試。

（2）為解決鍋爐上水、干濕態(tài)切換等問題，應(yīng)設(shè)計采用增加給水主控回路的整體架構(gòu)，給水流量的設(shè)定值由給水主控回路給出，干濕態(tài)設(shè)定值由不同的回路產(chǎn)生，啟動時給水流量設(shè)定值賦予給水旁路閥，主給水閥切換后賦予給水泵。采用啟動時給水旁路閥控制給水流量，給泵控制給水壓力，在滿足一定條件下（如給水旁路閥開度大于85%、差壓小于3 MPa、主閥離開關(guān)位，給水流量大于850 t/h等），自動開啟主給水電動門，切換到給泵控制給水流量的正常模式這種方法，在調(diào)試過程調(diào)整給水旁路閥與給水泵流量控制切換點，這樣就能完全實現(xiàn)給水全程控制的無擾自動切換。

（3）可采用程控方式進(jìn)行給水泵的自動并泵，當(dāng)機(jī)組啟動到需要啟動第二臺給水泵時，進(jìn)行并泵時執(zhí)行自動并泵子程序，先保持投用給泵自動，先拉升需要并入給泵轉(zhuǎn)速到給水母管壓力，然后開給泵出口門，投入并入給泵自動，然后自動消除兩臺給泵轉(zhuǎn)速偏置，完成自動并泵。這種程控方式的控制本質(zhì)上模擬了人工并泵與解列 ，不需要加裝給水泵再循環(huán)流量裝置，實際上由于給水泵出口壓力與除氧器壓力有巨大的壓力差（30 MPa），即使加裝給水泵再循環(huán)流量裝置也無法測量準(zhǔn)確。

2.2.5模擬量自動控制的全程投用

為解決設(shè)備模擬量自動控制的全程投用，采用在啟用過程中，通過相應(yīng)的程控步序，切換到設(shè)備操作模塊的跟蹤回路，跟蹤回路中使用重新設(shè)計的PID回路控制被調(diào)對象，因為不同的階段設(shè)備控制的對象、目標(biāo)、精確度都有可能不同，這樣做既能控制設(shè)備動作的幅度與速率以及被控對象的目標(biāo)位（設(shè)定值），又不影響自動回路的正常模式下的使用（不執(zhí)行程控時不會跟蹤到增加的控制回路）。如凝汽器補水、除氧器上水、鍋爐上水、風(fēng)煙程控中的風(fēng)機(jī)動葉拉升、磨煤機(jī)子程控磨煤機(jī)啟動過程中冷風(fēng)門控制拉升到一次風(fēng)量，熱風(fēng)門控制磨出口溫度、給泵自動并泵程控中的拉升給泵轉(zhuǎn)速到給水母管壓力、自動消除二臺給泵轉(zhuǎn)速偏置等都采用了此方式。

2.2.6燃料控制的全程自動控制

燃料控制全程自動控制主要解決鍋爐啟動初期升溫速率控制問題等，使燃料控制能夠盡早投入，因為機(jī)組負(fù)荷到達(dá)40%后，機(jī)組負(fù)荷由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制，可不再由APS系統(tǒng)控制。

可采用燃料量控制的指針管理，設(shè)置一定的條件，如分離器溫度，爐膛煙溫、主汽溫度壓力、給水溫度等，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的條件，燃料以一定的速率增減到某個目標(biāo)，其增減速率也由定義的條件決定，這些條件往往根據(jù)機(jī)組的不同配置決定。

2.2.7高低壓加熱器自動投入

加熱器的啟動往往隨汽機(jī)啟動而投運，自動投運的難點在于剛啟動時加熱器液位難以建立，因此加熱器的抽汽電動門最好可改為調(diào)節(jié)門，可控制其開度及開關(guān)速率。

2.2.8主汽溫、再熱汽溫全程自動控制

主汽溫、再熱汽溫常規(guī)采用減溫水串級控制方式，這種方式控制精度較高，調(diào)試方便，但低負(fù)荷時往往控制不好，可采用SMITH預(yù)估的動態(tài)前饋等先進(jìn)控制方案

2.2.9輔汽系統(tǒng)中老廠、四抽、冷再等汽源的自動切換，解決備用汽源的暖管問題等。

輔汽壓力的穩(wěn)定也是機(jī)組運行穩(wěn)定的關(guān)鍵之一，輔汽系統(tǒng)的供汽對象有給水泵、除氧器加熱、等離子磨煤機(jī)暖風(fēng)加熱等，控制輔汽壓力的設(shè)備有老廠（或其它機(jī)組）、四抽、冷再等，這些輔汽汽源的控制要綜合考慮才能保障輔汽壓力的穩(wěn)定。

2.2.10汽輪機(jī)的自動啟動（ATC）要實現(xiàn)機(jī)組的APS啟動，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)能否實現(xiàn)汽輪機(jī)的自動啟停尤為關(guān)鍵，我國目前的汽輪機(jī)控制系統(tǒng)控制方案往往由汽輪機(jī)廠家實施，因此在設(shè)備招標(biāo)中應(yīng)重點考慮汽輪機(jī)ATC的功能及其業(yè)績。

2.3APS總體設(shè)計思路

APS總體設(shè)計思路一般以主程控、組級程控、子程控進(jìn)行三級設(shè)計，每級每個控制都應(yīng)設(shè)有程控手自動切換按鈕，程控切為手動時，能單獨執(zhí)行本程控，程控切為自動時，本程控由上級程控調(diào)用。因此分合自如才能提高機(jī)組程控使用的實用性與安全性。

3　機(jī)組自啟?？刂?（APS）的調(diào)試技術(shù)

超（超）臨界機(jī)組自啟?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試是一項系統(tǒng)工程，機(jī)組自動啟停控制的實施，既是對主輔設(shè)備運行操作的規(guī)范化，也是控制系統(tǒng)優(yōu)化的過程，需要各參建方業(yè)主、設(shè)備制造商、設(shè)計、安裝、調(diào)試的密切配合，才能確保自啟?？刂葡到y(tǒng)的調(diào)試的順利實施與機(jī)組自動啟動與停止的功能的實現(xiàn)。

3.1準(zhǔn)備階段

（1）業(yè)主應(yīng)成立采取組織措施，依靠組織架構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)牽頭，解決設(shè)計、設(shè)備、安裝、調(diào)試、生產(chǎn)各階段出現(xiàn)的問題，同時APS調(diào)試會經(jīng)常啟停以驗證程序的正確性、合理性，因此要為APS調(diào)整試驗準(zhǔn)備合理的工期、費用

（2）設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)實際情況盡早組織有關(guān)參建方共同優(yōu)化APS啟停程序，合理設(shè)置斷點，使程序設(shè)計符合實際運行要求，縮短啟停時間，降低啟動成本。

（3）必須事先完成編寫按APS啟停方式的相關(guān)分系統(tǒng)的啟動檢查卡，以及安全注意事項或危險源辨識等文件，并在APS相關(guān)的組級程控、子程控調(diào)試時不斷完善這些文件。

（4）調(diào)試單位應(yīng)全面了解鍋爐、汽輪機(jī)以及各輔助熱力設(shè)備的設(shè)計、運行及控制要求，編制至少組一級程控的試驗方案或措施，并組織建設(shè)、運行、設(shè)計、施工等有關(guān)單位進(jìn)行審查，經(jīng)批準(zhǔn)實施。

3.2實施階段

（1）在調(diào)試過程中堅持執(zhí)行“單體操作必須在DCS上進(jìn)行且相關(guān)保護(hù)系統(tǒng)投入，系統(tǒng)啟動必須使用程控啟動，試運過程中根據(jù)機(jī)組實際調(diào)試情況盡早投入自動，優(yōu)化調(diào)節(jié)品質(zhì)，提高自動化水平”的原則 。

（2）在APS調(diào)試期間，每日組織召開APS協(xié)調(diào)工作會議，每日通報調(diào)試進(jìn)展，交底當(dāng)日工作要求、安裝單位重點消缺項目與安全注意事項，計劃下一工作日調(diào)試工作，以APS調(diào)試為龍頭，能提高整個工程的管理水平，使各參建單位協(xié)同工作，使整個工程高水平、高質(zhì)量的完成。

（3）自動控制邏輯不僅考慮穩(wěn)態(tài)投用時的調(diào)節(jié)品質(zhì)，也要考慮啟動停止過程的調(diào)節(jié)功能，優(yōu)化自動控制在各種工況下的調(diào)節(jié)品質(zhì)，保障自動控制符合APS的要求

（4）APS啟停程序調(diào)試應(yīng)分為靜態(tài)啟停試驗與動態(tài)啟停試驗，試驗過程必須進(jìn)行驗收，最大程度滿足實際運行

（5） 調(diào)試過程嚴(yán)格執(zhí)行安全管理制度，所有設(shè)備試運均必須在保護(hù)校驗完畢的情況下在DCS上啟動；分系統(tǒng)調(diào)試程序必須進(jìn)行安全技術(shù)交底簽字，完成程控模擬試驗；堅持分系統(tǒng)啟動前按程序啟動方式進(jìn)行，但事先必須組織人員進(jìn)行危險源辨識與風(fēng)險評估，程序啟停時組織人員進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，保障人員與設(shè)備安全。

4　結(jié)論

（1）機(jī)組自動啟、?？刂疲ˋPS）技術(shù)是火電廠自動化控制技術(shù)發(fā)展的一個趨勢，本文例舉了自動啟、?？刂疲ˋPS）技術(shù)在設(shè)計中主要的技術(shù)難點，介紹的解決方案能基本解決這些關(guān)鍵技術(shù)難點，良好的程序設(shè)計是試驗成功的關(guān)鍵。

（2）APS的調(diào)試過程能促進(jìn)了工程管理與安裝消缺管理。以APS調(diào)試為龍頭，提高了整個工程的管理水平，使整個工程高水平、高質(zhì)量的完成。

（3）促進(jìn)了運行管理與培訓(xùn)，完成的APS相關(guān)分系統(tǒng)的啟動檢查卡以及安全注意事項等所形成的文件為機(jī)組投產(chǎn)后運行提供指導(dǎo)，為運行管理、培訓(xùn)提供了依據(jù)。

Key Technologies and Commissioning of Automatic Plant Startup and Shutdown Control System for 1 000 MW Ultra Ultra Critical DC Unit

Lu Liang Shanghai Electric Power Construction Starting and Adjusting Testing Institute

Abstract：The article introduces key technologies and solutions of automatic plant startup and shutdown control system for domestic ultra ultra critical DC unit.Through rational designed automatic plant startup and shutdown control system program，it realizes automatic plant startup and shutdown function.Besides commissioning of automatic plant startup and shutdown control system for ultra ultra critical DC unit is a systemic project，which needs all parties to cooperate closely.To achieve automatic plant startup and shutdown control system commissioning implementation and ultra ultra critical DC unit automatic startup and shutdown function operation，commissioning team puts forward some key points，which should be focused on during commissioning period.These designs and experiences are useful as reference to future infrastructure period ultra （ultra） critical unit APS function testing and commissioning.

Key words：Ultra Critical DC Unit，Automatic Plant Startup and Shutdown Control System，Commissioning Method

［作者簡介］

陸梁：（1968-），男，本科，高級工程師，從事電廠熱控調(diào)試與研究。

DOI：10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.04.008